JP5321911B2 - Valve timing control device - Google Patents
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Description
本発明は、自動車に用いられる内燃機関の吸気弁および排気弁の開閉タイミングを調節する弁開閉時期制御装置に関するものであり、詳しくは、クランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転体と、駆動側回転体に対して同軸上に配置され、内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに同期回転する従動側回転体と、駆動側回転体と従動側回転体とで形成された流体圧室と、流体圧室を遅角室と進角室とに仕切るよう駆動側回転体及び前記従動側回転体の少なくとも一方に設けられた仕切部と、流体圧室に対する作動流体の給排を制御可能な流体制御機構と、駆動側回転体に対する前記従動側回転体の相対回転位相を最遅角位相と最進角位相との間の所定位相に拘束可能なロック機構と、を備えた弁開閉時期制御装置に関する。 The present invention relates to a valve opening / closing timing control device that adjusts the opening / closing timing of an intake valve and an exhaust valve of an internal combustion engine used in an automobile, and more specifically, a drive-side rotating body that rotates synchronously with a crankshaft, and a drive A driven-side rotating body that is coaxially disposed with respect to the side-rotating body and that rotates synchronously with a camshaft for opening and closing the valve of the internal combustion engine, a fluid pressure chamber formed by the driving-side rotating body and the driven-side rotating body, A partition provided in at least one of the driving side rotating body and the driven side rotating body to partition the fluid pressure chamber into a retarding chamber and an advance chamber, and a fluid capable of controlling the supply and discharge of the working fluid to and from the fluid pressure chamber A valve opening / closing timing control device comprising: a control mechanism; and a lock mechanism capable of constraining a relative rotation phase of the driven-side rotator with respect to the driving-side rotator to a predetermined phase between a most retarded angle phase and a most advanced angle phase. About.
従来、特許文献1に記載されているように、駆動側回転体(文献では「シューハウジング」)と、従動側回転体(文献では「ベーンロータ」)と、駆動側回転体と従動側回転体とで形成された流体圧室(文献では「収容室」)と、流体圧室を遅角室と進角室とに仕切るよう従動側回転体に設けられた仕切部(文献では「ベーン」)と、流体圧室に対する作動流体の給排を制御可能な流体制御機構(文献では「油ポンプ」,「切換弁」,「ドレイン」)と、駆動側回転体に対する前記従動側回転体の相対回転位相を最遅角位相と最進角位相との間の所定位相に拘束可能なロック機構(文献では「拘束手段」)と、を備えた弁開閉時期制御装置があった。
Conventionally, as described in
特許文献1に記載の発明であると、ロック機構の作動に基づいて、エンジン始動時に相対回転位相を最適な初期位相に確実に設定可能である。よって、エンジンの吸気タイミングと点火タイミングとを最適化して、有害な燃焼排気物、例えば、炭化水素(HC)の少ない低エミッションのエンジンを得ることができる。
With the invention described in
また、通常、エンジン運転中は、カムシャフトのトルク変動に基づく遅角方向及び進角方向の変位力が従動側回転体に作用する。この変位力は平均すると遅角方向に働き、従動側回転体は遅角方向に変位しようとする。以下、カムシャフトのトルク変動に基づく遅角方向及び進角方向の変位力の平均した変位力を、「カムシャフトのトルク変動に基づく遅角方向への平均変位力」と称する。特許文献1に記載の弁開閉時期制御装置は、従動側回転体に対して進角方向にトルクを加える進角手段を備えることにより、カムシャフトのトルク変動に基づく遅角方向への平均変位力に拘らず、相対回転位相を円滑かつ迅速に進角方向へ変位させることを可能としている。
Normally, during engine operation, the displacement force in the retard direction and the advance direction based on the torque fluctuation of the camshaft acts on the driven-side rotating body. This displacement force, on average, works in the retarding direction, and the driven-side rotator tends to be displaced in the retarding direction. Hereinafter, the displacement force obtained by averaging the displacement force in the retard direction and the advance direction based on the torque variation of the camshaft is referred to as “an average displacement force in the retard direction based on the torque variation of the camshaft”. The valve opening / closing timing control device described in
近年、環境問題等に対応するべく内燃機関の燃費向上が要求されており、作動流体供給用のポンプの小型化・低容量化が図られ、流体圧室への作動流体の供給圧力が低くなっている。これによって、特に、供給圧力が低いときにも適正な運転状態が得られる弁開閉時期制御装置の開発が課題となっている。特に、アイドリング運転時は、内燃機関の回転速度が低く、作動流体の供給圧力は相当低い状態となっている。さらに、このときは作動流体の流体温度が高って、粘度が低くなっており、流体圧力が伝わりにくい状態となっている。このため、トルク変動に基づく遅角方向及び進角方向の変位力によって、従動側回転体は遅角方向及び進角方向にバタつきやすい。 In recent years, there has been a demand for improvement in fuel consumption of internal combustion engines in order to deal with environmental problems, etc., the working fluid supply pump has been reduced in size and volume, and the supply pressure of the working fluid to the fluid pressure chamber has decreased. ing. As a result, the development of a valve opening / closing timing control device capable of obtaining an appropriate operating state even when the supply pressure is low is a problem. In particular, during idling operation, the rotational speed of the internal combustion engine is low, and the supply pressure of the working fluid is considerably low. Further, at this time, the fluid temperature of the working fluid is high, the viscosity is low, and the fluid pressure is hardly transmitted. For this reason, the driven-side rotating body tends to flutter in the retarding direction and the advancement direction due to the displacement force in the retarding direction and the advancement direction based on the torque fluctuation.
吸気側の弁開閉時期制御装置では、アイドリング運転時のような低速回転時は、相対回転位相を最遅角位相近傍の位相に設定することが多い。したがって、特許文献1に記載の弁開閉時期制御装置においてポンプを小型化・低容量化すると、アイドリング運転時は作動流体の供給圧力が相当低い上、カムシャフトのトルク変動に基づく遅角方向への平均変位力を相殺するように進角手段を備えているため、従動側回転体を最遅角位相近傍の位相に安定保持することが難しい。よって、従動側回転体がバタついて、安定したアイドリング運転を得られない場合がある。また、仕切部のバタつきにより異音が生じる虞もある。
In the valve opening / closing timing control device on the intake side, the relative rotation phase is often set to a phase near the most retarded angle phase during low-speed rotation such as during idling operation. Therefore, when the pump is downsized and reduced in capacity in the valve opening / closing timing control device described in
この問題を解決するためには、例えば、流体圧室及び仕切部を大きくしたり、流体圧室数を増やしたりして、流体圧力を受ける仕切部の受圧面積を全体として大きくすることが考えられる。しかし、これでは弁開閉時期制御装置が大型化してしまい、上述の技術課題に相反することとなる。 In order to solve this problem, for example, it is conceivable to increase the pressure receiving area of the partition receiving the fluid pressure as a whole by enlarging the fluid pressure chamber and the partition, or increasing the number of fluid pressure chambers. . However, this increases the size of the valve opening / closing timing control device, which contradicts the above technical problem.
本発明の目的は、内燃機関の始動時の低エミッション化を可能とすると共に、作動流体の供給圧力が低い場合にも安定したアイドリン運転を可能とする弁開閉時期制御装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a valve opening / closing timing control device that enables low emission at the start of an internal combustion engine and enables stable idling operation even when the supply pressure of the working fluid is low. .
本発明に係る弁開閉時期制御装置の第一特徴構成は、内燃機関のクランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転体と、前記駆動側回転体に対して同軸上に配置され、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに同期回転する従動側回転体と、前記駆動側回転体と前記従動側回転体とで形成された流体圧室と、前記流体圧室を遅角室と進角室とに仕切るよう前記駆動側回転体及び前記従動側回転体の少なくとも一方に設けられた仕切部と、前記流体圧室に対する作動流体の給排を制御可能な流体給排機構と、前記駆動側回転体に対する前記従動側回転体の相対回転位相を最遅角位相と最進角位相との間の所定位相に拘束可能なロック機構と、前記相対回転位相を最遅角位相の側に変位させるよう、前記駆動側回転体及び前記従動側回転体に対して付勢力を常時作用させる付勢機構と、を備え、前記付勢力の強さを、前記内燃機関の回転速度が所定の回転速度のときに前記遅角室の側から前記仕切部に作用する前記作動流体の流体圧力からなる変位力と前記付勢力との和が、前記内燃機関の回転速度が前記所定の回転速度のときに前記カムシャフトのトルク変動に基づき前記従動側回転体に作用する変位力のうち進角方向への変位力よりも大きくなるよう、かつ、前記付勢力が、前記内燃機関の回転速度が前記所定の回転速度のときに前記カムシャフトのトルク変動に基づき前記従動側回転体に作用する変位力のうち進角方向への変位力以下となるよう、設定した点にある。
た点にある。
A first characteristic configuration of the valve timing control apparatus according to the present invention is a drive-side rotator that rotates synchronously with a crankshaft of an internal combustion engine, and is arranged coaxially with the drive-side rotator. A driven-side rotator that rotates in synchronization with a camshaft for opening and closing the valve, a fluid pressure chamber formed by the drive-side rotator and the driven-side rotator, and the fluid pressure chamber as a retard chamber and an advance chamber A partition provided on at least one of the drive side rotor and the driven side rotor, a fluid supply / discharge mechanism capable of controlling supply / discharge of the working fluid to / from the fluid pressure chamber, and the drive side rotation A lock mechanism capable of constraining a relative rotational phase of the driven-side rotator relative to a body to a predetermined phase between a most retarded angle phase and a most advanced angle phase, and displacing the relative rotated phase toward the most retarded angle phase. The drive side rotor and the driven side rotor A biasing mechanism for exerting constantly biasing force Te equipped with, the strength of the biasing force, the rotational speed of the internal combustion engine is applied from the side of the retard chamber at a predetermined rotational speed in the partition portion The sum of the displacement force composed of the fluid pressure of the working fluid and the biasing force acts on the driven-side rotating body based on torque fluctuations of the camshaft when the rotation speed of the internal combustion engine is the predetermined rotation speed. The urging force is larger than the displacement force in the advance direction of the displacement force, and the biasing force is based on the torque fluctuation of the camshaft when the rotation speed of the internal combustion engine is the predetermined rotation speed. This is the point set so that the displacement force acting on the rotating body is less than the displacement force in the advance direction .
There is in point.
本構成であると、従動側回転体には、従動側回転体を遅角方向へ相対回転移動させる力として、付勢機構による付勢力とカムシャフトのトルク変動に基づく遅角方向への平均変位力とが常時作用する。よって、ロック機構によって相対回転位相を所定位相に拘束した状態で内燃機関を適切に始動した後に、アイドリング運転となり、仕切部が受圧する流体圧力が低下しても、上述の付勢力と上述のカムシャフトのトルク変動に基づく遅角方向への平均変位力とにより、相対回転位相は最遅角位相もしくは最遅角位相近傍の位相に安定することができる。この結果、流体給排機構のうち、例えばポンプを低容量化したとしても、アイドリング運転の安定化を図ることができる。 With this configuration, the driven-side rotator has an average displacement in the retarded direction based on the urging force of the urging mechanism and the torque fluctuation of the camshaft as a force that relatively rotates the driven-side rotator in the retarded direction. Forces always work. Therefore, even if the internal combustion engine is appropriately started with the relative rotational phase being constrained to a predetermined phase by the lock mechanism and then the idling operation is performed and the fluid pressure received by the partition portion decreases, the above-described biasing force and the above-described cam The relative rotational phase can be stabilized at the most retarded phase or a phase near the most retarded phase by the average displacement force in the retarded direction based on the torque fluctuation of the shaft. As a result, the idling operation can be stabilized even if, for example, the pump capacity is reduced in the fluid supply / discharge mechanism.
本構成であると、内燃機関の回転速度が所定の回転速度のとき、例えば、アイドリング運転時のごとき低速回転時は、相対回転位相を最遅角位相近傍の位相に保持させるための作動流体の供給圧力が低くても、付勢機構の遅角方向への付勢力によって、カムシャフトのトルク変動に基づく変位力のうち進角方向への変位力は打ち消される。よって、従動側回転体がバタつかず、アイドリング運転が安定する。 With this configuration, when the rotation speed of the internal combustion engine is a predetermined rotation speed, for example, at low speed rotation, such as during idling, the working fluid for maintaining the relative rotation phase at a phase near the most retarded angle phase. Even when the supply pressure is low, the displacement force in the advance direction out of the displacement force based on the torque fluctuation of the camshaft is canceled out by the urging force in the retard direction of the urging mechanism. Therefore, the driven-side rotator does not flutter and the idling operation is stabilized.
一方、内燃機関の回転速度が所定の回転速度よりも小さいとき、例えば、内燃機関が停止したときは、ポンプが停止して流体圧力が無くなるため、上述の進角方向への変位力の方が付勢機構の遅角方向への付勢力よりも大きくなる。この結果、従動側回転体は、カムシャフトが完全に停止するまでの間は遅角方向及び進角方向にバタつく。本構成であると、エンジン停止時に、従動側回転体のバタつきを利用して、相対回転位相を所定位相に変位させることができる。よって、ロック機構によって相対回転位相を所定位相に拘束できる。また、内燃機関が異常停止したときも、内燃機関再始動時のクランキングによって従動側回転体がバタつくので、ロック機構による相対回転位相の所定位相への拘束が可能となる。このように、特別な制御を行うことなく、付勢力の強さを上手く設定するだけで、弁開閉時期制御装置の通常動作に基づいて相対回転位相を所定位相に拘束でき、内燃機関の再始動に備えることが可能である。 On the other hand, when the rotational speed of the internal combustion engine is smaller than a predetermined rotational speed, for example, when the internal combustion engine stops, the pump stops and the fluid pressure disappears. It becomes larger than the urging force of the urging mechanism in the retard direction. As a result, the driven-side rotating body flutters in the retard direction and the advance direction until the camshaft completely stops. With this configuration, when the engine is stopped, the relative rotation phase can be displaced to a predetermined phase by using the flutter of the driven side rotating body. Therefore, the relative rotation phase can be restricted to a predetermined phase by the lock mechanism. Further, even when the internal combustion engine is abnormally stopped, the driven-side rotating body flutters due to cranking when the internal combustion engine is restarted, so that the relative rotational phase can be restricted to a predetermined phase by the lock mechanism. In this way, the relative rotational phase can be constrained to a predetermined phase based on the normal operation of the valve opening / closing timing control device by simply setting the strength of the urging force without performing special control, and restarting the internal combustion engine. It is possible to prepare for.
なお、「遅角室の側から仕切部に作用する作動流体の流体圧力からなる変位力」とは、「遅角室の側から各仕切部に作用する作動流体の流体圧力」に「仕切部における流体圧力の作用中心点と回転軸芯との距離」と「仕切部の箇所数」とを乗じた大きさの変位力を意味する。 The "displacement force consisting of the fluid pressure of the working fluid acting on the partition from the retarding chamber side" means "the fluid pressure of the working fluid acting on each partition from the retarding chamber" Means a displacement force having a magnitude obtained by multiplying the “distance between the center of action of the fluid pressure and the rotational axis” and the “number of partition portions”.
本発明に係る弁開閉時期制御装置の第三特徴構成は、前記付勢力の強さを、前記内燃機関の回転速度が所定の回転速度のときに前記カムシャフトのトルク変動に基づき前記従動側回転体に作用する変位力のうち進角方向への変位力以上となるよう設定した点にある。 A third characteristic configuration of the valve timing control device according to the present invention is that the strength of the urging force is determined based on torque fluctuation of the camshaft when the rotational speed of the internal combustion engine is a predetermined rotational speed. The displacement force acting on the body is set to be greater than the displacement force in the advance direction.
例えば、内燃機関の停止操作がなされたときに、直ぐに内燃機関を停止させずに、相対回転位相を所定位相に変位させて、ロック機構による拘束を確認してから、内燃機関を停止させる制御を行う場合がある。しかし、本構成の装置では、このような場合に、上述のように従動側回転体のバタつきを利用して相対回転位相を所定位相に変位させる必要がない。本構成であると、内燃機関の回転速度が所定の回転速度以下のとき、例えば、アイドリング運転時の回転速度以下のときは、カムシャフトのトルク変動に基づく変位力のうち進角方向への変位力は、常に、付勢機構の付勢力によって打ち消される。よって、従動側回転体がバタつかず、アイドリング運転が確実に安定する。また、本構成であると、付勢機構の付勢力の強さの設定が容易である。 For example, when the internal combustion engine is stopped, the internal combustion engine is not immediately stopped, the relative rotational phase is shifted to a predetermined phase, the control by the lock mechanism is confirmed, and the internal combustion engine is stopped. May be done. However, in the case of the apparatus of this configuration, in such a case, it is not necessary to shift the relative rotation phase to a predetermined phase by using the flutter of the driven side rotating body as described above. With this configuration, when the rotational speed of the internal combustion engine is equal to or lower than a predetermined rotational speed, for example, equal to or lower than the rotational speed during idling, the displacement in the advance direction of the displacement force based on the torque fluctuation of the camshaft The force is always countered by the biasing force of the biasing mechanism. Therefore, the driven-side rotator does not flutter and the idling operation is reliably stabilized. Also, with this configuration, it is easy to set the strength of the urging force of the urging mechanism.
本発明を自動車用エンジンの吸気弁側の弁開閉時期制御装置として適応した実施形態について、図1乃至図5に基づいて説明する。即ち、自動車用エンジンが、本発明の「内燃機関」に相当する。 An embodiment in which the present invention is applied as a valve opening / closing timing control device on the intake valve side of an automobile engine will be described with reference to FIGS. That is, the automobile engine corresponds to the “internal combustion engine” of the present invention.
〔全体構成〕
この弁開閉時期制御装置は、図1に示すごとく、不図示のエンジンのクランクシャフトに対して同期回転する「駆動側回転体」としてのハウジング1と、ハウジング1に対して同軸上に配置され、カムシャフト101と同期回転する「従動側回転体」としての内部ロータ2とを備えている。カムシャフト101は、エンジンの吸気弁の開閉を制御する不図示のカムの回転軸である。なお、カムシャフト101は、不図示のエンジンのシリンダヘッドに回転自在に組み付けられている。
〔overall structure〕
As shown in FIG. 1, this valve opening / closing timing control device is arranged coaxially with respect to the
さらに、弁開閉時期制御装置は、ハウジング1に対する内部ロータ2の相対回転移動を拘束することにより、ハウジング1に対する内部ロータ2の相対回転位相を最遅角位相と最進角位相との間の所定位相に拘束可能なロック機構6を備えている。
Further, the valve opening / closing timing control device restricts the relative rotational movement of the
〔内部ロータ及びハウジング〕
内部ロータ2は、図1に示すごとく、カムシャフト101の先端部に一体的に組付けられている。内部ロータ2の内径側には、カムシャフト101の側に開放された有底円筒形状の凹部がカムシャフト101の回転軸芯Xの方向に沿って形成してある。凹部の底面をカムシャフト101の先端部に当て込み、ボルトによって内部ロータ2をカムシャフト101に締め付け固定してある。
[Internal rotor and housing]
As shown in FIG. 1, the
ハウジング1は、カムシャフト101が接続される側とは反対側のフロントプレート11と、タイミングスプロケット15を一体的に備えた外部ロータ12と、カムシャフト101が接続される側のリアプレート13と、を備えている。外部ロータ12を内部ロータ2に外装し、フロントプレート11とリアプレート13とで挟み込んでいる。そして、ボルトによってフロントプレート11と外部ロータ12とリアプレート13とを締結してある。
The
クランクシャフトが回転駆動すると、動力伝達部材102を介してタイミングスプロケット15にその回転駆動力が伝達され、ハウジング1が図2に示す回転方向Sに回転駆動する。ハウジング1の回転駆動に伴い、内部ロータ2が回転方向Sに回転駆動してカムシャフト101が回転し、カムシャフト101に設けられたカムがエンジンの吸気弁を押し下げて開弁させる。
When the crankshaft is rotationally driven, the rotational driving force is transmitted to the
図2に示すごとく、外部ロータ12と内部ロータ2とによって流体圧室4が形成されている。外部ロータ12には、径内方向に突出する複数個の突出部14を回転方向Sに沿って互いに離間させて形成してある。突出部14は内部ロータ2の外周面2aに対するシューとして機能する。本実施形態においては、流体圧室4が四箇所となるよう構成してあるが、これに限られるものではない。
As shown in FIG. 2, the fluid pressure chamber 4 is formed by the
外周面2aのうち流体圧室4に面する部分に、ベーン溝21を形成してある。ベーン溝21に、「仕切部」としてのベーン22を径方向外側に向けて配設してある。流体圧室4は、ベーン22によって、回転方向Sに沿って進角室41と遅角室42とに仕切られている。
A
図1,図2に示すごとく、進角通路43を内部ロータ2及びカムシャフト101に形成してある。進角通路43は各進角室41に連通している。また、遅角通路44を内部ロータ2及びカムシャフト101に形成してある。遅角通路44は各遅角室42に連通している。図1に示すごとく、進角通路43及び遅角通路44は、後述する流体給排機構5に接続されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, an
進角室41及び遅角室42に対して、流体給排機構5によって作動流体を供給、排出、または給排量保持して、ベーン22にその作動流体の流体圧力を作用させる。このようにして、相対回転位相を進角方向または遅角方向へ変位させ、或いは、任意の位相に保持する。即ち、内部ロータ2には、「流体圧力×ベーン22の受圧面積×ベーン22の受圧面中央と回転軸芯Xとの距離×ベーン22の箇所数」の変位力が作用する。この変位力が、本発明における「遅角室の側から仕切部に作用する作動流体の流体圧力からなる変位力」に相当する。なお、進角方向とは、ベーン22がハウジング1に対して相対回転移動し、進角室41の容積が大きくなる方向であり、図2に矢印S1で示してある。遅角方向S2とは、遅角室42の容積が大きくなる方向であり、図2に矢印S2で示してある。
The working fluid is supplied to, discharged from, or held by the fluid supply /
このような構成により、内部ロータ2はハウジング1に対して回転軸芯Xの回りに一定の範囲内で円滑に相対回転移動可能である。ハウジング1と内部ロータ2とが相対回転移動可能な一定の範囲、即ち最進角位相と最遅角位相との位相差は、流体圧室4の内部でベーン22が変位可能な範囲に対応する。なお、遅角室42の容積が最大となるのが最遅角位相であり、進角室41の容積が最大となるのが最進角位相である。
With such a configuration, the
なお、本実施形態において、最遅角位相は、排気弁の閉弁タイミングと吸気弁の開弁タイミングがほぼ同じとなる位相であって、相対回転位相が最遅角位相であっても、エンジンは始動可能である。 In the present embodiment, the most retarded angle phase is a phase where the valve closing timing of the exhaust valve and the valve opening timing of the intake valve are substantially the same, and even if the relative rotation phase is the most retarded angle phase, the engine Can be started.
〔ロック機構〕
ロック機構6は、エンジンの始動直後において作動流体の流体圧力が安定しない状況において、ハウジング1と内部ロータ2とを所定の相対位置に保持することで、相対回転位相を最遅角位相と最進角位相との間の所定位相(以下、「ロック位相」と称する)に拘束する。これによって、クランクシャフトの回転位相に対するカムシャフト101の回転位相を適正に維持し、エンジンの安定的な回転を現出する。本実施形態では、ロック位相を、不図示の吸気弁と排気弁との開弁時期が一部重複する位相としている。この結果、エンジン始動時の炭化水素(HC)の低減が図られ、低エミッションのエンジンとすることができる。
[Lock mechanism]
The
ロック機構6は、図1,図2に示すごとく、第一ロック部6A及び第二ロック部6Bからなる。第一ロック部6Aは、ロック通路61と、ロック溝62と、収容部63と、プレート状のロック部材64と、スプリング65と、ラチェット部67と、を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ロック通路61は、内部ロータ2とカムシャフト101とに形成され、ロック溝62と後述する流体切換弁54の所定のポートとを接続している。流体切換弁54を制御することにより、ロック通路61を介したロック溝62への作動流体の給排が可能である。ロック溝62は内部ロータ2の外周面2aに形成されている。ロック溝62よりも径方向の深さが浅いラチェット部67がロック溝62の進角側に隣接して形成されている。収容部63は、外部ロータ12に形成されている。ロック部材64は収容部63に配設され、収容部63の形状に沿って径方向に出退可能である。スプリング65は収容部63に配設され、ロック部材64を径方向内側、即ち、ロック溝62の側に付勢している。
The
相対回転位相がロック位相よりも進角側の位相からロック位相に変位したとき、ロック溝から作動流体が排出されていると、ロック部材64は直接ロック溝62に係入する。ロック部材64がロック溝62に係入すると、相対回転位相は、ロック位相からロック位相よりも進角側の位相までの所定の範囲に規制される。この範囲は、ロック溝62の周方向の溝幅によって調整可能である。流体切換弁54を制御して、ロック溝62に作動流体を供給すると、ロック部材64はロック溝62から収容部63の側へ引退し、相対回転位相の規制は解除される。
When the working fluid is discharged from the lock groove when the relative rotational phase is displaced from the phase on the advance side of the lock phase to the lock phase, the
相対回転位相がロック位相よりも遅角側の位相からロック位相に変位したとき、ロック溝から作動流体が排出されていると、ロック部材64は先ずラチェット部67に係入し、続いてロック溝62に係入する。内部ロータ2が相対回転を行っている以上、ロック部材64がロック溝62に対向する時間が短く、ロック部材64がロック溝62に確実に係入できるとは限らない。このように、ラチェット部67を備えると、相対回転位相を段階的に所定の範囲に規制しつつ所定位相に収束させることができる。このため、ロック部材64がロック溝62に係入する確実性が向上する。
When the working fluid is discharged from the lock groove when the relative rotational phase is shifted from the phase retarded from the lock phase to the lock phase, the
通常、エンジン停止操作がなされる直前には、エンジンはアイドリング運転を行っており、アイドリング運転のときの相対回転位相は最遅角位相近傍の位相であることが多い。即ち、ロック機構6が相対回転位相をロック位相に拘束するよう動作する必要性がある直前時には、相対回転位相はロック位相よりも遅角側の位相にある場合が多い。よって、ラチェット部67はロック溝62に対して進角側に形成してある。
Usually, immediately before the engine stop operation is performed, the engine performs an idling operation, and the relative rotation phase during the idling operation is often near the most retarded angle phase. That is, immediately before the
第二ロック部6Bは、ロック通路61と、ロック溝62と、収容部63と、ロック部材64と、スプリング65と、ラチェット部67と、を備えている。第二ロック部6Bは、第一ロック部6Aとほぼ同じ構成であるので、同じ構成については説明を省略することとする。ロック部材64がロック溝62に係入すると、相対回転位相は、ロック位相からロック位相よりも遅角側の位相までの所定の範囲に規制される。第一ロック部6Aのロック溝62と第二ロック部6Bのロック溝62とは、連通溝66及び第二ロック部6Bのラチェット部67を介して連通している。流体切換弁54を制御して、第一ロック部6Aのロック溝62に作動流体を供給すると、第二ロック部6Bのロック溝62にも作動流体が供給され、ロック部材64はロック溝62から収容部63の側へ引退し、相対回転位相の規制は解除される。
The
このように第一ロック部6A及び第二ロック部6Bを構成してあるため、図2に示すごとく、第一ロック部6Aのロック部材64、第二ロック部6Bのロック部材64の双方を、同時にそれぞれ第一ロック部6Aのロック溝62、第二ロック部6Bのロック溝62に係入させると、両ロータ1、2の相対回転移動を拘束し、相対回転位相をロック位相に拘束することができる。
Since the
また、例えば、第一ロック部6Aにおいて、ロック部材64がラチェット部67に係入するタイミングと、第二ロック部6Bにおいて、ロック部材64がラチェット部67に係入するタイミングと、を異ならせるよう両ロック溝62を形成することで、相対回転位相の段階的規制の段階数が多くなり、ロック機構6の動作確実性を向上させることができる。
Further, for example, the timing at which the
なお、ロック部材64の形状としては、本実施形態に示されたプレート状の他にピン状等を適宜採用することができる。
As the shape of the
〔流体給排機構〕
流体給排機構5の構成について簡単に説明する。流体給排機構5は、図1に示すごとく、「作動流体」の一例であるエンジンオイルを貯留するオイルパン51と、エンジンにより駆動されてエンジンオイルの供給を行うオイルポンプ52と、進角通路43及び遅角通路44に対するエンジンオイルの供給、排出、及び保持を制御する電磁制御型の流体制御弁(OCV)53と、ロック通路61に対するエンジンオイルの供給及び排出を制御する電磁制御型の流体切換弁(OSV)54と、を備えている。流体制御弁53と流体切換弁54とはECU7で制御される。
[Fluid supply / discharge mechanism]
The configuration of the fluid supply /
オイルポンプ52は、クランクシャフトの回転駆動力が伝達されることにより駆動する機械式の油圧ポンプである。オイルポンプ52は、オイルパン51に貯留されたエンジンオイルを吸入し、そのエンジンオイルを下流側へ吐出する。
The
流体制御弁53は、スプール式に構成され、ECU7(エンジンコントロールユニット)による給電量の制御に基づいて動作する。流体制御弁53の切換えによって、進角室41への作動油供給・遅角室42からの作動油排出、進角室41からの作動油排出・遅角室42への作動油供給、進角室41及び遅角室42への作動油給排遮断、といった制御が可能である。進角室41への作動油供給・遅角室42からの作動油排出を行う制御が「進角制御」である。進角制御を行うと、ベーン22は外部ロータ12に対して進角方向S1に相対回転移動し、相対回転位相は進角側へ変位する。進角室41からの作動油排出・遅角室42への作動油供給を行う制御が「遅角制御」である。遅角制御を行うと、ベーン22は外部ロータ12に対して遅角方向S2に相対回転移動し、相対回転位相は遅角側へ変位する。進角室41及び遅角室42への作動油の給排を遮断する制御を行うと、ベーン22は相対回転移動せず、相対回転位相を任意の位相に保持できる。
The
なお、流体制御弁53は、電磁ソレノイドに供給する電力のデューティ比の調節により開度を設定するものである。これにより、エンジンオイルの給排量の微調節が可能である。
The
流体切換弁54は、スプール式に構成され、ECU7(エンジンコントロールユニット)による給電量の制御に基づいて動作する。流体制御弁53の切換えによって、ロック溝62へのエンジンオイルの供給、ロック溝62からのエンジンオイルの排出、といった制御が可能である。
The
〔トーションスプリング〕
図1に示すごとく、内部ロータ2とフロントプレート11とに亘ってトーションスプリング3を設けてある。トーションスプリング3は、相対回転位相が最遅角位相となるよう、ハウジング1及び内部ロータ2に作用する。トーションスプリング3が、本発明における「付勢機構」に相当する。
[Torsion spring]
As shown in FIG. 1, a
トーションスプリング3の付勢力の強さは、エンジンがアイドリング運転を行っているときに遅角室42の側からベーン22に作用するエンジンオイル圧力からなる変位力と付勢力との和が、エンジンがアイドリング運転を行っているときにカムシャフト101のトルク変動に基づき内部ロータ2に作用する変位力のうち進角方向への変位力よりも大きくなるよう設定してある。かつ、トーションスプリング3の付勢力の強さは、エンジンがアイドリング運転を行っているときにカムシャフト101のトルク変動に基づき内部ロータ2に作用する変位力のうち進角方向への変位力以下となるよう設定してある。付勢力の強さは、トーションスプリング3の有効径や巻き数等を変更することによって微調整する。
The strength of the urging force of the
本構成であると、内部ロータ2には、遅角方向へ相対回転移動させる力として、付勢機構による付勢力と、カムシャフト101のトルク変動に基づく遅角方向への平均変位力と、が常時作用する。よって、ロック機構6によって相対回転位相を所定位相に拘束した状態で内燃機関を適切に始動した後に、アイドリング運転となり、ベーン22が受圧するエンジンオイル圧力が低下しても、トーションスプリング3の付勢力とカムシャフト101のトルク変動に基づく遅角方向への平均変位力とにより、相対回転位相は最遅角位相もしくは最遅角位相近傍の位相に安定することができる。この結果、オイルポンプ52を低容量化させたとしても、アイドリング運転の安定化を図ることができる。
With this configuration, the
さらに、本構成であると、カムシャフト101のトルク変動に基づく変位力のうち進角方向への変位力は、トーションスプリング3の付勢力によって打ち消される。よって、内部ロータ2がバタつかず、アイドリング運転がより安定する。
Furthermore, with this configuration, the displacement force in the advance direction out of the displacement force based on the torque fluctuation of the
〔その他の構成〕
図示はしていないが、エンジンのクランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサと、カムシャフト101の回転角を検出するカムシャフト角センサとが設けられている。ECU7は、これらのクランク角センサとカムシャフト角センサとの検出結果から相対回転位相を検出し、相対回転位相がロック位相に対して進角側と遅角側とのいずれの位相にあるかを判定する。
[Other configurations]
Although not shown, a crank angle sensor that detects the rotation angle of the crankshaft of the engine and a camshaft angle sensor that detects the rotation angle of the
図示はしていないが、ECU7には、イグニッションキーのON/OFF情報、エンジンオイルの油温を検出する油温センサからの情報、等を取得する信号系が形成されている。また、ECU7のメモリ内には、エンジンの運転状態に応じた最適の相対回転位相の制御情報が記憶されている。ECU7は、運転状態(エンジン回転速度、冷却水温等)の情報と、上述した制御情報とから、相対回転位相を制御する。
Although not shown, the
〔弁開閉時期制御装置の動作〕
本弁開閉時期制御装置は、上述したように、図2に示すごとく、ロック機構6によって相対回転位相をロック位相に拘束した状態でエンジンを始動させるものである。エンジンが適切に始動すると、流体制御弁53を制御し、ロック溝62にエンジンオイルを供給することでロック部材64をロック溝62から引退させて、図3に示すごとく、ロック機構6による相対回転位相の拘束を解除する。
[Operation of valve timing control device]
As described above, the present valve opening / closing timing control device starts the engine in a state where the relative rotation phase is constrained to the lock phase by the
その後、図4に示すごとく、アイドリング運転に適した最遅角位相近傍の位相に相対回転位相を変位させる。この際、トーションスプリング3の付勢力により、内部ロータ2が最遅方向に付勢されているため、内部ロータ2がバタつくことはなく、相対回転位相が安定し、安定したアイドリング運転が実行される。
Thereafter, as shown in FIG. 4, the relative rotational phase is displaced to a phase near the most retarded phase suitable for idling operation. At this time, since the
その後、通常運転状態となると、エンジンの負荷や回転速度等に応じて、図4に示すごとく、相対回転位相をロック位相よりも遅角側の位相に変位させたり、図5に示すごとく、相対回転位相をロック位相よりも進角側の位相に変位させたりする。 Thereafter, in a normal operation state, the relative rotational phase is displaced to a phase retarded from the lock phase as shown in FIG. 4 according to the engine load, rotational speed, etc., or as shown in FIG. The rotational phase is displaced to a phase on the more advanced side than the lock phase.
イグニッションキーをOFFして、エンジンを停止させると、オイルポンプ52も停止し、遅角室42及び進角室41へのエンジンオイルの給排も停止する。この結果、ベーン22に作用するエンジンオイル圧力も低下する。一方、エンジンが停止しても、カムシャフト101が完全に停止するまでには時間が掛かる。よって、内部ロータ2には、カムシャフト101のトルク変動に基づく変位力が作用する。このとき、カムシャフト101のトルク変動に基づく変位力のうち進角方向への変位力の方がローションスプリング3の遅角方向への付勢力よりも大きいため、内部ロータ2はハウジング1に対してバタつく。このバタつきにより、相対回転位相がロック位相付近に変位する。この結果、ロック機構6によって相対回転位相はロック位相に拘束される。このように、弁開閉時期制御装置の通常動作に基づいて相対回転位相をロック位相に拘束できる。
When the ignition key is turned OFF and the engine is stopped, the
また、例えば、外気温が低温であるときは、エンジンの運転状態が不安定な低速回転側でエンストすることがある。この場合、エンジンの再始動のために、相対回転位相をロック位相に変位させる必要がある。一方、エンジンが低速回転であるときは、相対回転位相は最遅角位相近傍の位相であることが多い。エンジンの再始動を行うと、クランキングによってカムシャフト101が回転し、その際のカムシャフト101のトルク変動に基づく変位力が内部ロータ2に作用する。よって、内部ロータ2がバタつくこととなる。これにより、ロック部材64がラチェット部67に係入し、さらには、ロック溝62に係入する。
Further, for example, when the outside air temperature is low, the engine may be stalled on the low-speed rotation side where the operating state of the engine is unstable. In this case, it is necessary to shift the relative rotation phase to the lock phase in order to restart the engine. On the other hand, when the engine is rotating at a low speed, the relative rotation phase is often near the most retarded angle phase. When the engine is restarted, the
仮に、エンジン停止後、及び、エンスト後の再始動時に、相対回転位相がロック位相に拘束されなくても、上述したように、本実施形態に係るエンジンは、相対回転位相が最遅角位相であっても始動可能であるので大きな問題はない。 Even if the relative rotation phase is not constrained by the lock phase when the engine is stopped and restarted after the engine stall, as described above, the engine according to this embodiment has the relative rotation phase at the most retarded phase. There is no big problem because it can be started.
〔別実施形態〕
本発明に係る弁開閉時期制御装置の別実施形態を、図6乃至図9に基づいて説明する。図6は、上述の実施形態に係る図2に相当する断面図であって、ロック状態のときの弁開閉時期制御装置の断面図である。図7〜9は、アイドリング時及び通常運転時における弁開閉時期制御装置の断面図である。図7はロック機構6によるロックが解除されたときの断面図である。図8は、相対回転位相が最遅角位相近傍の位相であるときの断面図である。図9は、相対回転位相がロック位相よりも進角側の位相であるときの断面図である。上述の実施形態と同様の構成に関する説明は省略する。また、同じ構成の箇所には同じ符号を付すこととする。上述の実施形態とは、トーションスプリングの付勢力の強さの設定値とロック機構6の構成とが異なる。
[Another embodiment]
Another embodiment of the valve timing control apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 according to the above-described embodiment, and is a cross-sectional view of the valve opening / closing timing control device in the locked state. 7 to 9 are cross-sectional views of the valve timing control apparatus during idling and normal operation. FIG. 7 is a cross-sectional view when the lock by the
〔ロック機構〕
ロック機構6は、図1,図6に示すごとく、第一ロック部6A及び第二ロック部6Bからなる。第一ロック部6A及び第二ロック部6Bは、ロック通路61と、ロック溝62と、収容部63と、プレート状のロック部材64と、スプリング65と、を備えている。ロック溝62は、第一ロック部6Aと第二ロック部6Bとで共通の溝である。
[Lock mechanism]
As shown in FIGS. 1 and 6, the
ロック通路61は、ロック溝62と流体切換弁54の所定のポートとを接続している。流体切換弁54を制御することにより、ロック通路61を介したロック溝62への作動流体の給排が可能である。
The
相対回転位相がロック位相よりも進角側の位相からロック位相に変位したとき、ロック溝から作動流体が排出されていると、第一ロック部6A及び第二ロック部6Bの両ロック部材64はロック溝62に係入する。両ロック部材64がロック溝62に係入すると、内部ロータ2の相対回転移動は停止し、相対回転位相はロック位相に拘束される。流体切換弁54を制御して、ロック溝62に作動流体を供給すると、両ロック部材64はロック溝62から収容部63の側へ引退し、相対回転位相の拘束は解除される。
When the working fluid is discharged from the lock groove when the relative rotation phase is displaced from the phase on the advance side of the lock phase to the lock phase, both
〔トーションスプリング〕
トーションスプリング3の付勢力の強さは、エンジンがアイドリング運転を行っているときにカムシャフト101のトルク変動に基づき内部ロータ2に作用する変位力のうち進角方向への変位力以上となるよう設定してある。
[Torsion spring]
The strength of the urging force of the
本構成であると、内部ロータ2には、遅角方向へ相対回転移動させる力として、付勢機構による付勢力と、カムシャフト101のトルク変動に基づく遅角方向への平均変位力と、が常時作用する。よって、ロック機構6によって相対回転位相を所定位相に拘束した状態で内燃機関を適切に始動した後に、アイドリングとなり、ベーン22が受圧するエンジンオイル圧力が低下しても、トーションスプリング3の付勢力と上述のカムシャフト101のトルク変動に基づく遅角方向への平均変位力とにより、相対回転位相は最遅角位相もしくは最遅角位相近傍の位相に安定することができる。この結果、オイルポンプ52を低容量化させたとしても、アイドリング運転の安定化を図ることができる。
With this configuration, the
さらに、本構成であると、カムシャフト101のトルク変動に基づく変位力のうち進角方向への変位力は、常に、トーションスプリング3の付勢力によって打ち消される。よって、内部ロータ2がバタつかず、アイドリング運転が確実に安定する。
Further, with this configuration, the displacement force in the advance direction among the displacement forces based on the torque fluctuation of the
〔弁開閉時期制御装置の動作〕
エンジン始動時及び通常運転時の動作は上述の実施形態と同じであるため、ここでは説明はしない。本実施形態では、エンジン停止時にディレイ制御を行う。具体的には、イグニッションキーをOFFすると、ECU7は、進角室41にエンジンオイルを供給するよう指令を出す。ECU7は、図6に示すごとく相対回転位相がロック位相に拘束された、と判断すると、エンジンを停止するよう指令する。また、エンストなどエンジン異常停止後の再始動時は、ECU7は、相対回転位相がロック位相に拘束されていないと判断すると、相対回転位相がロック位相となるよう制御する。このように、相対回転位相がロック機構6によってロック位相に確実に拘束されるため、エンジン始動が好適な位相で行われ、低エミッションとなる。
[Operation of valve timing control device]
Since the operation at the time of engine start and normal operation is the same as that of the above-described embodiment, it will not be described here. In this embodiment, delay control is performed when the engine is stopped. Specifically, when the ignition key is turned off, the
本発明は、自動車その他の内燃機関の弁開閉時期制御装置に利用することができる。 The present invention can be used for a valve opening / closing timing control device of an automobile or other internal combustion engine.
1 ハウジング(駆動側回転部材)
2 内部ロータ(従動側回転部材)
3 トーションスプリング(付勢機構)
4 流体圧室
5 流体給排機構
6 ロック機構
22 ベーン(仕切部)
41 進角室
42 遅角室
101 カムシャフト
1 Housing (drive side rotating member)
2 Internal rotor (driven side rotating member)
3 Torsion spring (biasing mechanism)
4
41
Claims (1)
前記駆動側回転体に対して同軸上に配置され、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに同期回転する従動側回転体と、
前記駆動側回転体と前記従動側回転体とで形成された流体圧室と、
前記流体圧室を遅角室と進角室とに仕切るよう前記駆動側回転体及び前記従動側回転体の少なくとも一方に設けられた仕切部と、
前記流体圧室に対する作動流体の給排を制御可能な流体給排機構と、
前記駆動側回転体に対する前記従動側回転体の相対回転位相を最遅角位相と最進角位相との間の所定位相に拘束可能なロック機構と、
前記相対回転位相を最遅角位相の側に変位させるよう、前記駆動側回転体及び前記従動側回転体に対して付勢力を常時作用させる付勢機構と、を備え、
前記付勢力の強さを、前記内燃機関の回転速度が所定の回転速度のときに前記遅角室の側から前記仕切部に作用する前記作動流体の流体圧力からなる変位力と前記付勢力との和が、前記内燃機関の回転速度が前記所定の回転速度のときに前記カムシャフトのトルク変動に基づき前記従動側回転体に作用する変位力のうち進角方向への変位力よりも大きくなるよう、かつ、前記付勢力が、前記内燃機関の回転速度が前記所定の回転速度のときに前記カムシャフトのトルク変動に基づき前記従動側回転体に作用する変位力のうち進角方向への変位力以下となるよう、設定してある弁開閉時期制御装置。 A drive side rotating body that rotates synchronously with the crankshaft of the internal combustion engine;
A driven-side rotating body that is coaxially disposed with respect to the driving-side rotating body and that rotates synchronously with a camshaft for opening and closing the valve of the internal combustion engine;
A fluid pressure chamber formed by the driving side rotating body and the driven side rotating body;
A partition provided on at least one of the driving side rotating body and the driven side rotating body to partition the fluid pressure chamber into a retarding chamber and an advance chamber;
A fluid supply / discharge mechanism capable of controlling supply / discharge of the working fluid to / from the fluid pressure chamber;
A lock mechanism capable of constraining the relative rotational phase of the driven-side rotator with respect to the driving-side rotator to a predetermined phase between a most retarded angle phase and a most advanced angle phase;
An urging mechanism that constantly applies an urging force to the drive-side rotator and the driven-side rotator so as to displace the relative rotation phase toward the most retarded angle phase ;
The strength of the urging force is determined by a displacement force composed of a fluid pressure of the working fluid acting on the partition portion from the retard chamber side when the rotational speed of the internal combustion engine is a predetermined rotational speed, and the urging force. Is greater than the displacement force in the advance direction of the displacement force acting on the driven-side rotating body based on the torque fluctuation of the camshaft when the rotation speed of the internal combustion engine is the predetermined rotation speed. And the biasing force is a displacement in the advance direction of the displacement force acting on the driven rotating body based on the torque fluctuation of the camshaft when the rotational speed of the internal combustion engine is the predetermined rotational speed. Valve opening / closing timing control device set so as to be less than force.
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